美國Ascent Solar技術(shù)公司的銅銦鎵硒柔性薄膜太陽電池

本刊 付甜甜

突破光伏電池設(shè)計與生產(chǎn)降低太陽能成本

一想起太陽電池，我們的腦海里就會浮現(xiàn)出從衛(wèi)星上伸出的剛性平板太陽電池翼或者是屋頂上安裝的太陽電池。不過，現(xiàn)在的太陽電池已經(jīng)能做得非常薄，且具有柔性，所以可以像壁紙一樣繞著飛機(jī)的外殼、機(jī)翼或其他任何形狀卷起來。

這項突破性的技術(shù)是由位于美國科羅拉多州桑頓的Ascent Solar技術(shù)公司發(fā)明的。Ascent Solar技術(shù)公司曾憑借這項成就榮登2011年《時代周刊》的創(chuàng)新前50名。因為廉價的太陽能一直都是人們追求的目標(biāo)，特別是在外太空或者更高的大氣層中。所以這項技術(shù)在航空領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，而唯一能限制其應(yīng)用的束縛就是人們的想象力。例如，該公司薄膜技術(shù)最新的商業(yè)應(yīng)用就是集成在蘋果公司iPhone的手機(jī)殼上，不但能保護(hù)手機(jī)，還能充當(dāng)充電器。

Ascent Solar技術(shù)公司的首席技術(shù)師約瑟夫·阿姆斯特朗說：“早在二十世紀(jì)九十年代初期我們就開始在馬丁·馬芮娜公司研究薄膜光伏電池，其中一個目的就是降低衛(wèi)星的發(fā)射成本。盡管運載裝置越來越小、技術(shù)越來越完善，但是廉價的光伏技術(shù)似乎一直都沒有取得太大的進(jìn)步。”

阿姆斯特朗說：“有一種輕質(zhì)的半導(dǎo)體材料，稱作銅銦鎵硒(CIGS)，它在凈空高度上能提供最好的機(jī)會，而且具有柔性。CIGS可與塑料基底聯(lián)合使用，使光伏電池具有粗糙的表面。”

他補(bǔ)充說：“我們與美國政府、美國國防先進(jìn)研究計劃局（DAPPA）、美國空軍和許多主要參與者都有合作。在這項技術(shù)發(fā)展到一定水平后，我們會找合作伙伴繼續(xù)研究?！?005年，Ascent Solar技術(shù)公司從孵化公司拆分出來。2006年6月，在納達(dá)斯克全球市場首次公開發(fā)行股票。阿姆斯特朗說：“我們的目標(biāo)是證明單片集成組件具備商業(yè)化生產(chǎn)的條件?！?/p>

“我們只關(guān)注柔性技術(shù)，而我們的主要優(yōu)勢就在于有能力采用同一種材料，并將它投向多個市場，再根據(jù)需要改變研究方向”。與其他柔性光伏產(chǎn)品相比，Ascent公司的地面應(yīng)用太陽電池技術(shù)，如無人機(jī)(UAVs)系列，具有85 W/m2的最高功率密度，和48 W/kg的最好比功率?？臻g應(yīng)用方面，光伏組件的比功率與電池陣的設(shè)計有關(guān)，為500-1100 W/kg。

維持公司的創(chuàng)新文化不是問題。阿姆斯特朗說：“這是一個令人興奮的工作領(lǐng)域，因為這是一種與其他同仁研究的方向不同的技術(shù)。我們公司是一家開發(fā)公司，可以切切實實將這項技術(shù)從實驗品轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。因此，這里充滿了挑戰(zhàn)，而我們也為研發(fā)投入了很多的力量。所以，在研發(fā)的過程中也都充滿了創(chuàng)新。公司也一直在搞一些基礎(chǔ)研究，目的是為了與學(xué)術(shù)界和國家實驗室保持聯(lián)系?！?/p>

阿姆斯特朗相信航空航天領(lǐng)域的整體創(chuàng)新狀態(tài)是充滿希望的，特別對于新興市場如臨近空間和無人機(jī)(UAV)高空長續(xù)航時間會繼續(xù)突破技術(shù)的極限。例如，Ascent公司的薄膜光伏電池將裝配在由Ascent Solar技術(shù)公司與Bye Aerospace公司正在開發(fā)的太陽能驅(qū)動戰(zhàn)術(shù)silent falcon無人機(jī)上。不過，除了一直存在的資金短缺問題外，阿姆斯特朗認(rèn)為主要的障礙還是在于“資源和人員短缺”。

另外一個關(guān)鍵仍舊是讓企業(yè)認(rèn)識到創(chuàng)新本身?！俺蔀橄裎覀児疽粯拥莫毺貍€體的方式之一就是讓人們打破常規(guī)來考慮問題。也許，這是一個尋找問題的解決辦法，但創(chuàng)新者往往是該領(lǐng)域內(nèi)的人，或從事該工作的人。不過，讓他們感興趣不是挑戰(zhàn)，讓他們明白如何打破常規(guī)才是真正的挑戰(zhàn)?！?/p>

在當(dāng)下這種規(guī)避風(fēng)險的環(huán)境下，更棘手的問題才是問題，但是答案往往最后都很

簡單。阿姆斯特朗說：“我們必須能展示出一個產(chǎn)品，這會比僅僅是夢幻好得多?！?/p>

太陽能光伏電池的發(fā)展方向

太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)換效率每提高一個百分點，將使太陽電池組件的發(fā)電成本降低7%左右。太陽電池發(fā)展的趨勢是低成本發(fā)電，這是光伏技術(shù)的發(fā)展方向。低成本的實現(xiàn)途徑包括提高光電轉(zhuǎn)換效率、降低成本及提升組件壽命三方面。光電轉(zhuǎn)換效率是衡量光伏電池單位面積將光能轉(zhuǎn)化為電能的重要技術(shù)指標(biāo)。轉(zhuǎn)換效率的提高依賴工藝的改進(jìn)、材料的改進(jìn)及電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。由此，光伏技術(shù)才能繼續(xù)以及持續(xù)地發(fā)展下去。

Ascent Solar技術(shù)公司和Bye Aerospace公司

Ascent Solar技術(shù)公司：Ascent Solar技術(shù)公司是一家利用柔性基底材料來開發(fā)薄膜光伏電池的創(chuàng)造性企業(yè)。這樣的創(chuàng)造可以使太陽能發(fā)電的方式融入到百姓的日常生活中去。他們的發(fā)明曾經(jīng)在2011年的《時代周刊》中被評為50個最佳發(fā)明之一?？梢灾苯蛹{入標(biāo)準(zhǔn)的建材、商業(yè)運輸、汽車解決方案、空間應(yīng)用程序、便攜式消費電子產(chǎn)品和耐用離網(wǎng)解決方案中去。

Ascent Solar技術(shù)公司的首席技術(shù)官約瑟夫·阿姆斯特朗博士加盟了Bye Aerospace技術(shù)公司的戰(zhàn)略咨詢理事會。Ascent Solar是柔性CIGS太陽電池板的研究公司，Bye Aerospace公司以創(chuàng)新的飛機(jī)設(shè)計、解決方案中能源的清潔性為商務(wù)航空和國防市場服務(wù)。

阿姆斯特朗博士基本上把他30多年的職業(yè)生涯都貢獻(xiàn)在了光伏研究上，包括和馬丁·馬芮娜公司 (現(xiàn)在的洛克希德·馬丁公司)和在2005年成為ITN能源系統(tǒng)的ASTI團(tuán)隊的創(chuàng)始成員。阿姆斯特朗博士一直處在為陸地、航空航天、臨近空間和空間應(yīng)用的輕便柔性光伏發(fā)展的前沿。他是著名的發(fā)明家，在美國同一領(lǐng)域申請的五項專利包括：記憶合金、燃料電池、電子電路組件、薄膜光伏技術(shù)和多個待批復(fù)的專利申請項。

阿姆斯特朗在伊利諾斯州的路易斯大學(xué)獲得了學(xué)士學(xué)位并在科羅拉多州的丹佛大學(xué)獲得了物理學(xué)碩士以及博士學(xué)位。阿姆斯特朗博士曾擔(dān)任科羅拉多州太陽能光電技術(shù)改革中心咨詢委員會的成員和監(jiān)督委員會主席并且兼任科羅拉多州先進(jìn)材料研究中心的董事會主席。

Bye Aerospace公司：Bye Aerospace公司成立于2007年，總部設(shè)在丹佛市附近，為商務(wù)航空和國防市場提供清潔能源解決方案和創(chuàng)新的飛機(jī)設(shè)計。